宽频带超声波生物处理系统的闭环控制研究

发布时间：2017-12-20 11:02

  本文关键词：宽频带超声波生物处理系统的闭环控制研究　出处：《江南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超声波是由超声波振子振动产生,其频率和幅度决定了超声波的频率和功率,因此,超声波的生成和控制可概述为对振子的振动控制。超声波振子通常由压电陶瓷制成,可实现电能到机械能的转换。振子均有其特定的共振频率,当外加在振子上的电压频率等于其共振频率时,振子的能量转化效率最高。现有市场上超声波设备中普遍只安装单种共振频率的振子,只适合于工业化生产,但并不适用于实验室中对宽频带超声波的需求。另外,在闭环控制的情况下,所生成超声波的频率和功率才不至于大范围漂移。本文针对宽频带和闭环控制设计了相应的软硬件系统最终完成一套宽频带闭环超声波生物处理装置的开发,主要内容为:设计一个超声波生物处理槽,槽底安装4组不同共振频率的超声波振子,振子支持的频率范围在20kHz~40kHz之间;以开关电源方式产生系统中所需的15V供电电源,用于控制功率开关管以及给控制主板供电;设计一个输出电压在0~300V可调的Buck电路用于超声波振子的供电,达到功率调节的功能;Buck电路的输出端加入电压检测电路,为闭环控制提供电压测量依据;Buck电路的输出电压作为高频逆变电路的电压源,逆变电路生成频率可调的驱动电源,以驱动超声波串联谐振电路,继而在超声波振子两端产生相应频率和电压的驱动脉冲;系统的参数显示和设置通过7寸液晶触摸屏实现;在生物处理槽中加入蛋白质浓度检测传感器,实时反馈处理槽中蛋白质的浓度;控制主板中ARM芯片实现总体控制,PID运算等功能;FPGA芯片负责多路复杂PWM波形的产生;通过上述研究并进行系统中相关的硬件设计、软件设计和样机测试,结果表明,本文设计的宽频带超声波生物闭环控制系统可产生的超声波频率范围在20kHz~40kHz之间,控制电压可调范围在0V~300V之间。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB559
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本文编号：1311834